110 中華郵政招考專業職(一) 資安與網路管理 中華郵政專業職(一) (通訊與網路安全概要) 考古題詳解

核心觀念

本題考查資訊安全中「網路安全威脅」的種類、攻擊方式及其對資訊安全三要素的影響：

• 機密性（Confidentiality）：防止未授權者取得資料。
• 完整性（Integrity）：防止資料遭未授權竄改或破壞。
• 可用性（Availability）：確保系統與服務能正常提供。

答題時應採「威脅名稱＋攻擊方式＋造成影響」的格式，至少列出五項，並避免只羅列名詞而缺乏說明。

解題方法

可依網路攻擊的常見類型分類作答，例如：

1. 惡意程式攻擊
2. 社交工程與網路釣魚
3. 阻斷服務攻擊
4. 未授權存取
5. 封包竊聽與中間人攻擊
6. 網站或應用程式漏洞攻擊
7. 密碼破解
8. 資料竄改與勒索軟體

每一項均說明其攻擊原理、主要危害及受影響的資訊安全目標，即可形成完整答案。

常見網路安全威脅

一、惡意程式（Malware）

惡意程式是以破壞、竊取資料、控制設備或干擾系統為目的的程式，包括病毒、蠕蟲、木馬程式、間諜軟體及勒索軟體。

• 病毒通常需要依附檔案或程式散播。
• 蠕蟲可透過網路自行複製與傳播。
• 木馬程式表面上具有正常功能，實際上暗藏惡意行為。
• 勒索軟體會加密檔案，再要求被害者支付贖金。

其危害包括資料外洩、檔案損毀、帳號遭竊及系統無法使用，主要影響機密性、完整性與可用性。

二、社交工程與網路釣魚（Social Engineering and Phishing）

攻擊者利用人員的信任、疏忽、恐懼或急迫心理，誘使使用者點擊惡意連結、開啟附件、提供帳號密碼或進行匯款。

常見形式包括：

• 偽造銀行、政府機關或公司通知。
• 以電子郵件、簡訊或通訊軟體傳送假連結。
• 冒充主管要求提供機密資料。
• 建立與合法網站相似的登入頁面。

此類攻擊的重點不在突破技術防護，而在欺騙使用者，因此即使系統具有防火牆與防毒軟體，仍可能遭受攻擊。

三、阻斷服務攻擊（DoS）與分散式阻斷服務攻擊（DDoS）

攻擊者透過大量連線、封包或服務請求消耗主機、網路頻寬、記憶體與處理器資源，使正常使用者無法存取服務。

DDoS 是由大量受感染的電腦、物聯網設備或其他裝置同時發動攻擊，攻擊流量通常比單一來源更大，也更難封鎖。

此類攻擊主要破壞資訊系統的可用性，常見於網站、線上交易平台、郵件系統與 DNS 服務。

四、未授權存取（Unauthorized Access）

攻擊者在未經合法授權的情況下，取得系統、伺服器、資料庫或網路設備的存取權限。

常見原因包括：

• 使用預設帳號與密碼。
• 帳號權限設定過大。
• 存在未修補的系統漏洞。
• 權杖、Cookie 或存取金鑰遭竊。
• 離職人員帳號未即時停用。

未授權存取可能造成機密資料外洩、系統設定遭竄改、惡意程式植入及服務中斷。

五、封包竊聽（Packet Sniffing）

攻擊者利用封包分析工具攔截網路傳輸內容，從中取得帳號、密碼、交易資訊或其他敏感資料。

若資料未經加密，攻擊者可能直接讀取內容；即使使用加密通訊，仍須妥善保護金鑰與身分驗證機制。

核心觀念

本題考查 TLS 如何結合多種密碼學機制，在不安全的網路上建立安全通訊通道。答題可從兩個層次切入：

1. TLS 能提供哪些安全保護。
2. TLS 使用哪些密碼學工具，以及各工具的具體目的。

TLS 的安全目標主要包括：

• 機密性（Confidentiality）：防止第三人竊聽通訊內容。
• 完整性（Integrity）：防止資料在傳輸途中遭竄改。
• 身分鑑別（Authentication）：確認通訊對象的身分，實務上主要是驗證伺服器，亦可選擇驗證用戶端。
• 不可否認性之部分支援：憑藉數位憑證與數位簽章，可證明某公開金鑰與特定網站或組織具有關聯；但 TLS 本身並不等同於完整的法律上不可否認性。

TLS 通常透過握手程序協商演算法、驗證身分、建立工作階段金鑰，再利用記錄層保護後續應用資料。

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解題方法

本題適合採用「安全需求對應密碼學機制」的方式作答：

安全需求	主要密碼學機制	使用目的
驗證伺服器身分	公開金鑰憑證、數位簽章	確認伺服器不是冒充者
協商工作階段金鑰	Diffie–Hellman、ECDH、RSA 金鑰交換	在不安全網路上建立共同秘密
保護資料機密性	對稱式加密	高效率加密大量應用資料
保護資料完整性	MAC、HMAC、AEAD	偵測資料遭竄改
防止重送與確保通訊順序	序號、Nonce、初始化向量	確保每筆資料具唯一性並維持正確順序
產生各階段金鑰	雜湊函數、TLS PRF、HKDF	從共享秘密導出不同用途的金鑰

答題時先寫 TLS 提供的安全保護，再依「非對稱密碼學、對稱密碼學、雜湊與訊息鑑別」分類說明，可完整涵蓋題意。

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（一）TLS 可達成的安全保護

1. 機密性

TLS 會將應用層資料加密，使竊聽者即使攔截封包，也無法直接讀取內容。

例如使用 AES-GCM、AES-CCM 或 ChaCha20-Poly1305 等對稱式加密演算法保護實際傳輸資料。由於對稱式加密速度快，適合處理大量網頁、電子郵件或 API 通訊內容。

TLS 主要保護：

• HTTP 請求與回應內容。
• 登入帳號與密碼。
• Cookie、Token 與交易資料。
• 應用程式傳輸的其他機密資訊。

但 TLS 通常無法隱藏所有通訊資訊，例如 IP 位址、連線時間、封包大小，以及部分情況下的網域資訊。

2. 完整性

TLS 會對傳輸資料附加訊息鑑別資訊，接收端可藉此確認資料在傳輸途中未被竄改。

若攻擊者修改封包內容，接收端驗證 MAC 或 AEAD 驗證標籤時會失敗，該筆資料即被拒絕，不會交給應用程式使用。

因此 TLS 可防止：

• 封包內容被插入或刪除。
• 網頁內容被置換。
• 傳輸參數遭竄改。
• 交易金額或指令遭惡意修改。

3. 伺服器身分鑑別

TLS 通常透過 X.509 數位憑證驗證伺服器身分。憑證由憑證授權中心（CA）簽發，內容通常包含：

• 伺服器網域名稱。
• 伺服器公開金鑰。
• 憑證有效期間。
• 憑證簽發者。
• CA 對憑證內容所產生的數位簽章。

用戶端會檢查憑證是否由信任的 CA 簽發、是否仍在有效期間、網域名稱是否相符，以及憑證鏈是否正確。完成驗證後，才能降低遭受中間人攻擊的風險。

4. 用戶端身分鑑別

TLS 也可透過用戶端憑證進行雙向認證。伺服器要求用戶端提出憑證並證明其擁有相對應的私密金鑰，即可驗證用戶端身分。

此方式常見於：

• 企業內部系統。
• 政府機關系統。
• 金融服務。
• 機器對機器的 API 通訊。
• 高安全性管理介面。

一般公開網站多半只驗證伺服器，使用者身分則由帳號、密碼或其他應用層機制處理。

5. 防止中間人攻擊

在正常驗證憑證、簽章與金鑰交換的前提下，攻擊者即使攔截雙方封包，也無法任意假冒伺服器或取得工作階段金鑰。

TLS 將下列機制結合使用：

1. 憑證確認伺服器公開金鑰。
2. 數位簽章證明伺服器擁有私密金鑰。
3. 金鑰交換建立雙方共享秘密。
4. 對稱式加密保護後續資料。

6. 防止重送與維持記錄順序

TLS 記錄層會使用序號、Nonce 或初始化向量等資訊，使每筆記錄具有正確的順序與唯一性。驗證失敗、順序錯誤或重複使用不當的資料，會被視為無效。

不過，TLS 並不能解決所有應用層的重送問題。例如攻擊者重送一個格式完全正確、內容未被竄改的合法 HTTPS 請求，是否接受該請求，仍須由應用程式設計交易編號、時間戳記或一次性 Token 處理。

7. 前向保密

若 TLS 使用短期 Diffie–Hellman 或 ECDHE 金鑰交換，每次連線產生新的臨時金鑰。即使伺服器長期私密金鑰日後外洩，攻擊者也無法直接解開過去已錄製的通訊內容。

此安全性稱為前向保密（Forward Secrecy），是現代 TLS 配置的重要特性。

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（二）TLS 使用的密碼學機制及其目的

1. 非對稱式密碼學

TLS 使用 RSA、Diffie–Hellman、ECDH、ECDSA 或 RSA-PSS 等公開金鑰密碼學機制。

其主要用途如下：

（1）伺服器身分鑑別

伺服器憑證中包含伺服器公開金鑰，伺服器則持有相對應的私密金鑰。

在握手過程中，伺服器以私密金鑰產生數位簽章，用戶端利用憑證內的公開金鑰驗證簽章。驗證成功表示：

• 該伺服器確實擁有對應私密金鑰。
• 握手訊息未遭竄改。
• 用戶端所連線的對象具有憑證所聲稱的身分。

（2）金鑰交換

TLS 必須先讓雙方建立共同秘密，才能進行後續對稱式加密。

以 Diffie–Hellman 為例：

• 用戶端產生私密值 $a$，公開 $g^a$。
• 伺服器產生私密值 $b$，公開 $g^b$。
• 用戶端計算：

$$K=(g^b)^a=g^{ab}$$

• 伺服器計算：

$$K=(g^a)^b=g^{ab}$$

雙方得到相同的共享秘密 $K$，但竊聽者只看到公開值，難以反推出 $K$。

實務上常使用 ECDHE，即橢圓曲線 Diffie–Hellman 臨時金鑰交換，以兼顧安全性、效能與前向保密。

（3）TLS 1.2 與 TLS 1.3 的差異

TLS 1.2 可使用 RSA 金鑰交換，也可使用 DHE、ECDHE。若使用 RSA 金鑰傳輸，伺服器的長期私密金鑰可能被用來解密過去錄製的通訊，因此不具備完整前向保密。

TLS 1.3 則要求使用臨時 Diffie–Hellman 類型的金鑰交換，設計上具備前向保密。

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2. 對稱式加密

完成握手並導出工作階段金鑰後，TLS 使用對稱式加密保護實際應用資料。

常見演算法包括：

• AES-GCM。
• AES-CCM。
• ChaCha20-Poly1305。
• 舊式配置中的 AES-CBC。

對稱式加密的目的為：

1. 提供機密性：使未授權者無法讀取內容。
2. 提高效率：加密與解密速度遠高於公開金鑰運算。
3. 支援大量資料傳輸：適合網頁、檔案與即時服務。

TLS 不會用伺服器的 RSA 或 ECC 公開金鑰直接加密所有資料，因為非對稱式加密運算成本較高，且不適合大量資料。

核心觀念

本題考查雙因素認證（Two-Factor Authentication, 2FA）的基本概念、一次性密碼（One-Time Password, OTP）的產生原理，以及 CAPTCHA 的認證分類。

認證因素通常分為三類：

1. 所知之事（Something you know）：帳號、密碼、PIN 碼。
2. 所有之物（Something you have）：手機、SIM 卡、硬體令牌、OTP 產生器。
3. 本人特徵（Something you are）：指紋、臉部、虹膜、聲紋。

雙因素認證必須使用上述三類中「兩種不同因素」。單純使用兩組密碼，仍然只是單因素認證。

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解題方法

本題各小題可依序判斷：

• 第一小題：說明使用者先輸入帳號／密碼，再輸入系統要求的第二組驗證資料。
• 第二小題：說明登入系統與使用者如何依照共同秘密及時間、計數器等參數，獨立產生相同 OTP。
• 第三小題：判斷 CAPTCHA 屬於哪一種認證因素，並確認它是否與帳號／密碼構成兩種因素。

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（一）三種 2FA 方式的登入流程

1. 使用一次性密碼產生器

登入流程如下：

1. 使用者進入登入頁面。
2. 輸入帳號及密碼。
3. 系統驗證帳號／密碼正確後，要求輸入 OTP。
4. 使用者開啟硬體 OTP 產生器或手機 OTP 應用程式。
5. 產生器依照預先設定的秘密資料及時間、計數器等資訊，產生一次性密碼。
6. 使用者將 OTP 輸入登入頁面。
7. 伺服器使用相同演算法計算預期 OTP，驗證一致且尚未使用後，完成登入。

OTP 通常具有短時間有效、使用一次即失效的特性，即使密碼遭他人看到，也能降低重複使用的風險。

2. 利用電子郵件

登入流程如下：

1. 使用者輸入帳號及密碼。
2. 系統驗證第一階段資料。
3. 系統產生隨機驗證碼，或產生含有一次性登入連結的郵件。
4. 系統將驗證碼或登入連結寄送至使用者預先註冊的電子郵件信箱。
5. 使用者登入電子郵件並取得驗證碼，將其輸入原登入頁面，或直接點選驗證連結。
6. 系統檢查驗證碼是否正確、是否逾時、是否已使用。
7. 驗證成功後完成登入。

此方式的第二項依據是使用者能控制該電子郵件帳號，實務上屬於「所有之物」的延伸應用。若電子郵件帳號本身遭入侵，第二因素也會失去保護效果。

3. 利用簡訊

登入流程如下：

1. 使用者輸入帳號及密碼。
2. 系統驗證帳號／密碼。
3. 系統產生隨機的一次性驗證碼。
4. 系統透過電信業者簡訊服務，將驗證碼傳送至使用者預先登錄的手機號碼。
5. 使用者讀取簡訊並輸入驗證碼。
6. 系統驗證驗證碼的正確性、有效期限及使用狀態。
7. 驗證成功後完成登入。

簡訊方式主要依賴使用者持有已登錄的手機號碼及 SIM 卡，但可能受到 SIM 卡置換、電話號碼移轉、簡訊攔截、基地台攻擊等風險影響。

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（二）一次性密碼產生器的實作方法

可採用基於時間的一次性密碼（Time-based One-Time Password, TOTP）。

實作原理

在註冊或初始化階段：

1. 登入系統與使用者的 OTP 產生器共同保存一組秘密金鑰 $K$。
2. 使用者裝置與伺服器盡量保持時間同步。
3. 登入時，雙方將目前時間切割成固定時間區間，例如每 $30$ 秒一個區間。
4. 雙方計算相同的時間計數值：

$$C=\left\lfloor \frac{T-T_0}{X} \right\rfloor$$

其中：

• $T$：目前時間；
• $T_0$：起始時間；
• $X$：時間區間長度，例如 $30$ 秒；
• $C$：目前時間區間的計數值。

5. 雙方使用共同秘密金鑰 $K$ 與計數值 $C$ 計算 HMAC：

核心觀念

本題綜合考查三個密碼學概念：

1. 密碼學雜湊函數的安全性條件。
2. MAC 的訊息完整性與來源認證能力，以及其無法實現不可否認性的原因。
3. 數位簽章如何利用非對稱式金鑰確認簽署者身分與訊息完整性。

本題不涉及法條，以下依密碼學基本定義作答。

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（一）密碼學雜湊函數的額外條件

1. 一般雜湊函數

一般雜湊函數主要是將任意長度的輸入資料，映射成固定長度的雜湊值：

$$h = H(M)$$

其中：

• $M$：輸入訊息
• $H$：雜湊函數
• $h$：固定長度的雜湊值

一般用途包括雜湊表索引、資料快速比對、資料庫查詢等，重點在於計算效率與分布均勻。

2. 密碼學雜湊函數的安全條件

密碼學所使用的雜湊函數，除須具備計算快速、輸出固定長度等一般條件外，還須滿足下列安全性：

（1）前像抵抗性（Preimage Resistance）

已知雜湊值 $h$，在計算上難以找出原始訊息 $M$，使得：

$$H(M)=h$$

此性質也稱為單向性，確保攻擊者無法由雜湊值反推出原文。

（2）第二前像抵抗性（Second Preimage Resistance）

已知一個訊息 $M_1$，在計算上難以找出另一個不同訊息 $M_2$，使得：

$$M_1 \ne M_2$$

且：

$$H(M_1)=H(M_2)$$

此性質可防止攻擊者在已知合法文件後，製作另一份具有相同雜湊值的替代文件。

（3）碰撞抵抗性（Collision Resistance）

在計算上難以找出任意兩個不同訊息 $M_1$ 與 $M_2$，使得：

$$M_1 \ne M_2$$

且：

$$H(M_1)=H(M_2)$$

由於輸入空間通常大於輸出空間，碰撞在數學上必然存在；密碼學要求的是「難以有效率地找出碰撞」，而非碰撞絕對不存在。

作答重點

密碼學雜湊函數的核心額外條件，是具備：

• 單向性或前像抵抗性；
• 第二前像抵抗性；
• 碰撞抵抗性。

部分教材也會補充雪崩效應（Avalanche Effect），亦即輸入只改變一個位元，輸出雜湊值仍應產生大幅且不可預測的變化，以提高安全性。

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（二）MAC 是否能實作不可否認性

1. MAC 的產生方式

MAC 是使用共享秘密金鑰 $K$，對訊息 $M$ 計算驗證碼：

$$T=\operatorname{MAC}_K(M)$$

傳送者將訊息 $M$ 與 MAC 值 $T$ 一併傳送給接收者。

接收者使用相同的共享金鑰 $K$ 計算：

$$T'=\operatorname{MAC}_K(M)$$

若：

$$T'=T$$

則可確認訊息在傳送過程中未遭竄改，且訊息是由持有共享金鑰的一方所產生。

2. MAC 能提供的安全功能

MAC 主要提供：

• 訊息完整性：確認訊息內容未被修改。
• 來源認證：確認訊息來自持有共享秘密金鑰的成員。

3. MAC 無法實作不可否認性

MAC 不能實作資訊安全中的不可否認性。

理由在於 MAC 採用共享秘密金鑰。傳送者與接收者都持有相同的金鑰 $K$，因此兩者都能產生合法的 MAC：

$$T=\operatorname{MAC}_K(M)$$

當接收者日後提出某訊息是由傳送者發送時，傳送者可以主張該 MAC 由接收者自己產生，因為接收者同樣掌握共享金鑰，第三方無法判斷究竟是哪一方產生 MAC。